基于生物质固体成型机理研究的环模疲劳寿命分析

发布时间：2020-05-24 01:30

【摘要】： 生物质固体成型技术使松散的生物质致密化,能显著提高生物质制品的性能,成为规模化利用生物质能源的一种有效途径,但是生物质固体成型机理的不完善和成型机械的使用寿命短,尤其是关键零部件——环模使用寿命短,成为制约生物质固体成型技术发展的瓶颈,开展生物质固体成型机理和环模寿命研究对开辟生物质新能源的利用具有十分重要的意义。建立生物质固体成型过程中从宏观到微观过渡的关键数学模型——机械接触几何模型,通过对过渡模型的研究,提出生物质固体成型的微观机理,表明成型正压力F与颗粒表面斜角ai的余弦成正比关系。为了获得生物质固体成型时的应力、变形特性和环模的等效应力、摩擦力分布规律,推导了生物质固体成型的弹塑性力学公式、接触力学和粘弹性理论,借助有限元软件ANSYS,建立生物质固体成型的非线性接触有限元模型,利用欧拉法进行计算,对环模式生物质固体成型过程进行数值模拟,证明了微观成型机理的正确性,为环模的寿命分析提供依据。利用有限元分析法对环模的疲劳寿命进行研究,为环模设计提供了一种新方法。通过研究环模的失效形式、失效机理和影响环模寿命的因素,对环模的疲劳寿命进行研究。根据材料的疲劳寿命实验数据,利用Weibull公式建立环模疲劳失效的S—N曲线,确定环模的疲劳累积损伤原则——Palmgren-Miner原则。借助COSMOSWorks有限元软件对不同结构参数下的环模,采用雨流计数法进行统计计算,获得环模的疲劳寿命。研究表明,模孔形状、孔径、模孔长径比、分布排列形式和模孔数目对环模的寿命影响较大：模孔交替排列的环模寿命要比模孔平行排列的环模寿命长；椭圆孔环模的寿命比圆孔环模的寿命长,其强度比值约为3：2；利用上述疲劳分析法,特别针对180℃模孔交错排列、孔径10mm、长径比5：1的720孔的圆孔环模进行寿命分析,验证了有限元疲劳分析法的正确性。
【图文】：

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生物质压缩成型之前，1990年日本开始研究用于替代木材燃料的煤粉压缩成型颗粒〔71。目前，国内外农林废弃物固体成型技术及设备的研究发展主要有三类:以日本为代表开发的螺旋挤压式棒状成型技术(图1一2);欧洲各国开发的活塞挤压式棒状成型技术(图1一3);美国研发的压辊颗粒状成型技术[6](图1一4、l一5)。国外成型燃料的发展大致分为三个阶段I’]。从20世纪30一50年代为研究、示范、交叉引进阶段，研究的着眼点以代替化石能源为目标。20世纪70一90年代为第二阶段，，各国普遍注意到化石能源对环境的影响，数量较大的、可再生的生物质能源得到重视，开展生物质致密成型燃料的研究[7.8]，到90年代，欧洲、美洲、亚洲的一些国家在生活领域比较大量地应用生物质致密成型燃料。20世纪90年代后期至今为第三阶段，首先以丹麦为首开展了规模化利用的研究工作，月一麦著名的能源投资公司BWE率先研制成功了第一座生物质致密成型燃料发电厂，随后，瑞典、德国、奥地利等国先后开展了利用生物质致密成型燃料发电和作为锅炉燃料研究。目前

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第1章绪论匕匕匕图卜2螺旋挤压型机示意图图1一3活塞式挤压成型机示意图l一4平模颗粒机示意图生物质压缩成型之前，1990年日本开始研究用于替代木材燃料的煤粉压缩成型颗粒〔71。目前，国内外农林废弃物固体成型技术及设备的研究发展主要有三类:以日本为代表开发的螺旋挤压式棒状成型技术(图1一2);欧洲各国开发的活塞挤压式棒状成型技术(图1一3);美国研发的压辊颗粒状成型技术[6](图1一4、l一5)。国外成型燃料的发展大致分为三个阶段I’]。从20世纪30一50年代为研究、示范、交叉引进阶段，研究的着眼点以代替化石能源为目标。20世纪70一90年代为第二阶段，各国普遍注意到化石能源对环境的影响，数量较大的、可再生的生物质能源得到重视，开展生物质致密成型燃料的研究[7.8]，到90年代，欧洲、美洲、亚洲的一些国家在生活领域比较大量地应用生物质致密成型燃料。20世纪90年代后期至今为第三阶段
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK6

【引证文献】